[实用新型]空中投影系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于空中图像显示的空中投影系统，且更明确地说，涉及一种用于显示三维视频图像的具有低成本塑胶球面镜的投影系统。

背景技术

所属领域中已知空中图像投影系统。此系统利用例如镜面、菲涅耳透镜(Fresnel lens)和光学滤光器或偏光器的多个光学元件将物体的图像投影到空间中。光学元件和物体位于外壳中以界定光学路径。视光学元件的配置和选择而定，经投影的图像在外壳尺寸范围内可见或在外壳前方短距离处可见。空中投影系统的实例包含1994年5月10日公布的美国专利第5,311,357号、1996年9月3日公布的美国专利第5,552,934号、1989年2月7日公布的美国专利第4,802,750号和2000年12月12日公布的美国专利Des.第435,043号。

现有技术空中投影系统由于投影物体的空中图像所需要的光学组件的成本而比较昂贵。更明确地说，这些系统使用光学路径中的一个或一个以上玻璃凹透镜连同一个或一个以上玻璃偏光器，其中玻璃偏光器被维持在相对于定位有图像的平台的固定方位。遗憾的是，15时玻璃凹透镜或球面镜的价格已超过$1,000，且偏光器价格在约$850。显然，玻璃球面镜和偏光器是现有技术空中投影系统成本高的主要原因。这些玻璃球面镜和偏光器不仅昂贵而且非常沉重，所以必须提供足够的支撑。因此，使用沉重的盒状外壳来维持光学元件相对于物体的方位。

如上所述，玻璃从前是用作球面镜的常规材料选择。最重要的原因之一是，因为塑胶技术并未像如今这样成熟。也就是说，工具和材料并不像如今这样有效。可规定金属模具公差和造出的部件并保持在万分之一时。如今使用的材料更为精密；塑胶能够达到与玻璃类似的热稳定性和耐久性，且能够忍耐以前只有玻璃可承受的操作条件类型。

此外，玻璃球面镜由于在镜热成形或塌陷(slump)成形之后制备镜表面所需的二级操作而比较昂贵。这些二级操作包含退火、研磨和抛光。退火工艺用来强化玻璃，使得其足够坚固以经受研磨和抛光操作，以及增加使用期间防止断裂所需的附加强度。由于玻璃形成的模的容错能力的限度和玻璃的物理性质，所以研磨和抛光阶段是必要的。遗憾的是，研磨和抛光阶段需要相当多的人工处理来生产成品；因此，它们通常被认为是半自动化工艺。

另外，玻璃还具有断裂、重量和昂贵的运输成本的严重缺点。为了尝试克服玻璃的局限性和缺点，开发出低成本玻璃成形。然而，低成本玻璃成形未提供可接受的表面饰面，且最终的成本减少不能和塑胶相比。显然，需要一种方法和系统，其用于制造塑胶部件以将球面镜的重量减少到约为玻璃的三分之一，且用于制造具有与玻璃球面镜的性能相当的低成本塑胶球面镜。因此，可实现一种较轻、不昂贵且易于从一个地方运输到另一地方的空中投影系统。

虽然现有技术空中投影系统产生视觉上具吸引力的空中图像，但存在限制空中投影系统用于广泛多种应用的许多问题。因此，现有技术空中投影系统通常用于博物馆或零售商店以展示昂贵的物品，其中可将所展示的物体安全地保持在观察者可触及的范围外。

现有技术空中投影系统通常使用三维物体作为图像源。例如，可将小型雕像放置在底座上并用聚光灯照亮。雕像的三维图像穿过展示窗被投影，并由位于展示窗前方的观察者观看到，如同其悬浮在空中一样。

使用物体作为投影图像源的一个问题是与改变图像相关联的难度和费用。因此，为了维持观看者的兴趣并保留投影图像的新颖性，必须经常改变物体。这是一项劳动密集的过程，因为服务员必须打开外壳中的门，移走物体，定位新的物体，并确认将其适当地定位在展示底座上。

为了克服此局限性，空中显示器系统已试图利用视频显示器装置，而不是实体的物体作为图像源。遗憾的是，视频图像与显示屏的图像一起呈现。因此空中图像对于观察者来说看上去是悬浮的视频显示屏而不是显示悬浮的图像，从而使图像悬浮在空中的幻象失效。所以需要一种能够在视频显示屏不被观察者看见的情况下显示视频图像的空中投影系统。

与视频图像显示相关联的另一问题来自显示器装置本身。明确地说，视频监视器使用一件平坦的光学品质玻璃，在其后产生图像。此玻璃趋向于反射穿过光学路径中的光学元件的外部图像。反射图像可由观察者观看到，其最终为可见的双重空中图像。显然，需要一种从所显示的空中图像中消除反射图像的空中投影系统。

现有技术视频图像显示的另一问题出现在所关注的物体移动离开屏幕时。更明确地说，当图像侵入超过显示器的边界时，观察者立即发觉浮动图像的边缘状态和幻象已消失。因此，需要一种以不建议由视频显示器来产生图像的方式显示空中图像的方法。